WOODWARD 505控制系統在1 000 MW超超臨界機組中的應用

李存懷，楊磊

(1.華電國際鄒縣發電廠，山東 鄒城 273522； 2.兗礦集團華聚能源公司，山東 鄒城 273500)

1 設備概況

隨著我國經濟的快速發展，大容量、高參數的超臨界及超超臨界機組逐漸成為我國火電發展的主要方向。華電國際鄒縣發電廠(以下簡稱鄒縣電廠)四期工程2×1 000 MW機組為國產引進型超超臨界燃煤火電單元機組，其單臺機組主給水泵組由2臺給水泵組成，其中小汽輪機采用德國西門子公司的單缸凝汽式汽輪機，汽動給水泵采用日本日立公司的BGM-CH型臥式離心泵，控制系統采用美國伍德沃德公司(WOODWARD) 505控制系統。

鄒縣電廠四期工程鍋爐給水系統配有2臺50%容量的汽動變速給水泵，配套西門子小汽輪機。小汽輪機汽源包括輔汽、四段抽汽、冷段再熱器三路汽源，其中輔汽作為調試用汽，正常運行時使用四段抽汽來汽，當低壓調門全開，當四段抽汽汽源不能滿足小汽輪機機運行需要時，高壓調門開啟，引入冷段再熱器蒸汽。高壓調門在系統布置上位于小汽輪機主汽門前面。在主汽門前高、低壓氣源混合再經過低壓調門進入汽機。電液控制系統(MEH)采用WOODWARD 505控制器，WOODWARD 505控制器接收分散控制系統(DCS)來遙控轉速信號，與就地來實際轉速信號相比較，輸出調門指令至就地伺服閥，控制高低壓調門開度，改變小汽輪機進汽量，從而改變小汽輪機轉速，滿足系統給水要求。小汽輪機汽源系統如圖1所示。

圖1 小汽輪機汽源系統圖

2 WOODWARD 505控制系統控制原理

WOODWARD 505控制系統由美國WOODWARD公司設計生產，該系統控制器以微處理器為基礎實現控制，可用于單個或雙個執行機構的蒸汽輪機。它是基于數字控制的32位微處理器，具有現場組態和通信功能。配套WOODWARD高低壓伺服閥(VOITH)為控制蒸汽閥設計，它將4～20 mA控制信號線性成比例地轉換為油壓輸出。該系統具有組態簡單、控制精確可靠、維護方便等特點(控制器外觀如圖2所示)。WOODWARD 505控制系統有編程模式和運行模式2種操作方式。編程模式用于選擇控制器內部配置及運行方式的設置，運行模式則根據設定的程序實現控制。WOODWARD 505輸出的控制信號經過I/H轉換器轉換成液壓信號來控制液壓主蒸汽門的開度，以達到控制透平壓縮機轉速之目的。鄒縣電廠1 000 MW機組MEH系統以WOODWARD 505控制系統為主體，通過接受DCS發出的遙控轉速信號，控制高低壓調門開度，從而達到調節小汽輪機轉速之目的，滿足系統給水要求。小汽輪機啟動采用自啟動模式。505原組態方案為串級控制，其主調設定值為流量將給水流量引入505作為過程變量，副調為轉速控制回路，該方案可以實現給水控制功能。

3 系統調試及改進

(1)檢查小汽輪機控制柜內接線，確認接線無誤?？刂葡到y供電設計有2路電源分別取自熱控電源總柜的不間斷電源(UPS)和保安段。就地相關信號通過隔離器或繼電器隔離進入系統。在控制柜內有4個24 V(DC)電源塊供系統用。依次合上雙路供電的電源開關，檢查系統無異常，記錄505組態原始數據。

(2)敷設WOODWARD 505控制系統2個通信器與DCS通信電纜并按圖紙接線(根據信號距離，選用330 Ω電阻)。通過PC機將程序下裝至DCS側的LC卡件，檢查505通信器工作正常。

(3)根據原設計，德國西門子(SIEMENS)公司在供貨時將組態設置為采用給水流量串級控制，這種設計存在一個較大缺點：因WOODWARD 505控制系統無歷史趨勢數據，發生異常時對各變量無法進行跟蹤分析。結合三期工程的應用實踐，改為采用經過長期實踐檢驗的轉速控制方式，在 DCS內將給水流量信號轉換為轉速信號，輸出4～20 mA指令到WOODWARD 505控制系統，而WOODWARD 505控制系統改為轉速控制，DCS跟蹤實際轉速。具體為：WOODWARD 505控制系統接受DCS發出的4～20 mA轉速指令，同時接收就地轉速探頭傳來的轉速信號，通過比較兩者之間的偏差，輸出調門控制指令，該控制方式采用轉速反饋的方式實現間接閉環控制，與原有機組相比，減少了伺服閥機構，減少了日常維護量和故障點。相應的WOODWARD 505控制系統組態修改：在CASCADE CONTROL模塊內，將USE CASCADE CONTROL參數由YES改為NO；在SPEED SETPOINT VALUES內，將USE REMOTE SPEED SETPOINT參數由NO改為YES，相應的遙控轉速設定升速率改為每秒13 r/min。在ANALOG INPUT內AI#6 FUNCTION組態為REMOTE SPEED SETPOINT，量程為4～20 mA對應2 563～5 203 r/min(其控制原理如圖3所示)。

圖3 控制原理

(4)用于MEH調節的轉速探頭有2個。WOODWARD 505控制系統轉速信號調試采用2種方法，第1種為在SPEED SETPOINT VALUES內將MIN GOVERNOR SPEED由2564暫時改為0，試驗disable，enable，in control 3種狀態下speed setpoint 和remote speed input信號之間的跟蹤情況。第2種為用頻率信號發生器模擬小汽輪機轉速信號，試驗disable，enable，in control 3種狀態下speed setpoint 和remote speed input信號之間的跟蹤情況。

(5)調門靜態試驗。在就地電液轉換器上接入壓力表，用信號發生器從就地模擬WOODWARD 505控制系統指令，通過信號發生器模擬4～20 mA信號，觀察壓力表指示正確，但調門不動作。經生產廠家技術安裝人員檢查油路后，調門動作正常，就地調整完畢，從小汽輪機控制柜調門指令端子通過信號發生器加信號，觀察發現就地調門動作正常。

(6)WOODWARD 505控制系統超速試驗。就地安裝3個轉速探頭用于小汽輪機轉速保護，探頭信號送至EPRO。在EPRO內對通道進行組態，output1:零轉速；output2:小于4 r/min；output3:小于300 r/min；output4:大于300 r/min；output5:大于5 360 r/min，超速保護用；output6:轉子方向檢測，其中output4和output6未引出。將小汽輪機與汽泵斷開連接，從邏輯中強制危機遮斷系統(ETS)跳閘條件，使小汽輪機滿足復位條件，小汽輪機復位，從DCS中手動將小汽輪機升速到4 929 r/min，在WOODWARD 505控制系統控制面板按下F2+▲，小汽輪機轉速不斷上升，當轉速升至5 359 r/min(DCS趨勢顯示)時，EPRO接點輸出，小汽輪機超速跳閘。

從DCS小汽輪機控制畫面中進行EPRO A，B，C 3個超速保護通道試驗。試驗方法如下：首先檢查確認安全閉鎖油壓低1，2，3壓力開關信號正常，按下操作面板上“超速保護通道測試”按鈕，然后按下“通道A測試”按鈕，檢查按鈕對應指示由綠變紅，EPRO output5輸出正常，同時CRT安全閉鎖油壓低1信號發出，試驗正常，復位。逐次試驗通道B，C，方法同A。

4 存在的問題及解決方法

在調試過程中，作者發現了許多問題并得到了及時解決，其成功經驗可以給其他使用WOODWARD 505機組提供借鑒和參考。

在調試過程中發現，WOODWARD 505控制系統無法正常與DCS通信，檢查發現DCS LC卡中通信地址設置與WOODWARD 505控制系統通信地址設置不一致，經DCS廠家與西門子小汽輪機調試技術人員協商，將DCS中通信地址設置更改，通信正常。

在超速保護試驗過程中，出現過同時按下F2+▲，但小汽輪機轉速不上升，其原因為：當小汽輪機轉速小于4 929 r/min時，不允許做超速試驗。

在調試過程中，從小汽輪機控制柜內試驗B小汽輪機高壓調門時，調門不動作，檢查發現就地接線盒至調門部分的接線有接地現象，處理后正常。

5 結論

大容量的超超臨界直流鍋爐給水控制十分重要，其所配置小汽輪機的MEH應具有優良的操控性，滿足設計需要。通過調試和改進，鄒縣電廠四期工程小汽輪機的WOODWARD 505控制系統能保證鍋爐給水的可靠性。與三期工程相比，四期工程WOODWARD 505控制系統沒有副調，采用單WOODWARD 505控制系統運行方式，并且所有與WOODWARD505控制系統有關的輸入輸出信號都采用繼電器隔離，提高了系統的安全性。將WOODWARD 505控制系統操作面板做入DCS中，優化了操作界面，信號傳輸采用通信方式，提高了信號傳輸抗干擾能力，保證機組安全、可靠，并長期穩定運行。

參考文獻：

[1]張玉鐸，王滿稼.熱工自動控制系統[M].北京:水利電力出版社，1990.

[2]田淑珍.可編程控制器原理及應用[M].北京:機械工業出版社，2005.